• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.26-26
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• 2010

최근 전세계적으로 청정에너지원에 대한 관심이 크게 높아지고 있어서 고분자 유기태양전지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 유기태양전지는 용액공정을 통해 태양전지를 쉽게 제조할 수 있고, 반투명성과 유연성 등의 장점을 가지고 있다. 그런데 아직 전력변환효율이 낮은 문제점이 있다. 실용적인 응용을 위해서는 단위소자에서 최소한 10%이상의 효율을 달성해야한다. 본 세미나에서는 유기태양전지의 동작원리를 간단히 설명하고, 효율을 향상시키기 위해 해결해야 할 주요 해결과제에 대해 논의하고자 한다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제9권2호
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• pp.204-207
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• 1996

태양의 광에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지의 재료는 현재 무기반도체가 주를 이루고 있지만 최근 유기반도체가 재료자체 물성의 연구진전과 더불어 태양전지로서 개발가능성이 논하여 지고 있다. 한편 유기반도체의 장점은 1)박막으로 제작이 용이하고 2)대량생산에 의한 저가제조가 가능하며 3)경량화를 할 수 있고 4)그 기능의 다양성을 줄 수 있다는 것이다. 또한 단점은 캐리어 트랩 밀도가 커서 반송자(carrier)의 수명과 이동도가 작고 확산길이도 짧기 때문에 광수집 효율이 매우 낮아 광전변환효율이 낮다는 것이다. 또한 일반적으로 유기반도체는 저항율이 커서 오옴성 접촉이 어렵고 입사광 강도의 증대에 따라 변환효율이 감소하는것도 큰 문제로 되어있다. 따라서 본고에서는 지금까지 유기반도체를 사용한 태양전지의 원리 및 제조기술을 간단히 살펴보고 특성과 연구동향등을 분석하여 앞으로 유기반도체 태양전지의 나아가야할 방향을 찾아보고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.258.1-258.1
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• 2015

ITO가 코팅된 PET 기판 위에 P3HT:PCBM으로 이루어진 bulk heterojunction 유기 태양전지 소자를 만들었다. 이렇게 만들어진 유기 태양전지의 flexibility 특성을 측정하기 위해서, 태양전지 소자를 반지름이 다른 원통에 감아서 휘어지게 한 후 AM 1.5의 조명 하에서 전류-전압 특성을 관측하고 소자의 임피던스 분석도 측정하였다. 이때 flexibility 특성 측정의 일관성을 위하여, 단 하나의 유기 태양전지 소자를 만들고, 이 소자를 반지름이 큰 원통에서 부터 휘게 하고난 후 소자의 특성을 측정하고, 점차 작은 원통으로 바꾸어 가면서 측정을 진행하였다. 임피던스 분석 실험 자료로부터 shifted two semicircles이라는 equivalent circuit model를 분석하고 난 후, 이 회로를 구성하는 구성 성분-R(s), R(low f), R(hi f), C(low f), C(hi f)-값의 변화를 원통의 반지름의 변화에 따라 분석하였다. 반지름이 0.75cm일 때, power conversion efficiency (PCE) 값은 초기값에 비해 약 1/3로 줄었고, 반지름이 0.5cm일 때는 약 10%로 줄어 들었다. 나머지 1~2 cm일 때는 거의 변화가 나타나지 않았다. 휘어짐에 따른 이러한 태양전지의 특성의 변화를 임피던스 분석의 Cole-Cole plot의 저 주파수 영역의 반원의 반지름에 가장 큰 영향을 받음을 확인하였고, 저항과 capacitance 값의 변화에 따른 특성에 대해 이번 발표에서 더 자세히 설명할 예정이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.385-385
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• 2011

Si 또는 반도체 화합물을 기반으로 한 태양전지의 높은 원재료 가격과 복잡한 공정 등의 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 반도체성 고분자인 Poly(3-hexylthiophene)(P3HT)과 C60 유도체인 PCBM을 광활성 층으로 이용하여 유기 태양전지(Organic Solar Cell, OSC)를 제작하였다. 하지만 상대적으로 낮은 효율을 갖는 OSC의 단점을 해결하기 위해서 유기물 자체가 갖고 있는 광 안정성, 낮은 전하 이동도 및 광 에너지 흡수대 등의 문제점들의 해결 방안들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 광활성 층을 사용한 유기 태양전지의 특성에서 후열처리에 따른 유기 태양전지의 전기적 및 구조적, 광학적인 특성들이 소자의 효율에 끼치는 영향에 대해 분석하였다. 후열 처리 온도에 따른 광활성 층의 구조적인 특성을 분석하기 위해 EFM 이미지와 XRD패턴을 측정하였는데 열처리 후 박막의 전기적인 포텐셜과 결정성 향상의 유기 태양전지의 효율향상에 기여함을 알 수 있었다. 또한 임피던스 분석 장치를 이용해 후열 처리에 따른 소자의 Resistance, Capacitance, I-V 곡선들을 분석한 결과 최적의 조건에서 열처리된 광활성 층은 전하들의 이동을 조절하여 소자 내에서 Capacitance를 증가시키는 것 뿐만 아니라 전극과 유기물 층 사이의 계면 특성을 향상시킴으로써, 소자의 효율을 증가시키는 원인으로 작용함을 확인 하였다.

• 접착 및 계면
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• 제22권4호
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• pp.113-117
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• 2021

차세대 태양전지 중 유기물을 활용하는 유기 태양전지는 미래 핵심 에너지 생산 장치로, 최근 급격한 성장세와 함께 많은 주목을 보이고 있다. 유기 태양전지 효율 향상을 위해서 계면 공학 기술이 많이 응용되고 있다. 특히 양전극인 양극과 음극에 계면 공학을 활용하여 에너지 준위 조절을 통한 소자 효율 향상과, 궁극적으로 적층형 유기 태양전지에 계면 공학을 활용하여 우수한 전기적, 광학적 성능을 이끌어 내어 고성능 소자를 제작하는 방식이 널리 활용되고 있다. 본 총설에서는 유기태양전지에 활용되고 있는 계면 공학에 대하여 최근 연구 동향을 요약 및 소개하고 고성능 유기 태양전지 제작 방식에 대하여 논의하고자 한다.

• 한국진공학회지
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• 제16권3호
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• pp.167-171
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• 2007

세계적으로 석유자원의 고갈로 대체 에너지 중에서도 태양전지는 가장 주목받는 기술 중에 하나이며, 크게 무기물 태양전지와 유기태양전지로 구분된다. 그 중에서 유기태양전지의 변환효율은 무기물 태양전지에 상당히 미치지 못하지만, 제작공정의 비용이 낮고, 투명하고 다양한 색을 낼 수 있으며, 유연성을 띠는 장점으로 인하여 무기물 태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 저비용 제품으로 사용될 가능성이 높아지고 있다. 현재 유기태양전지의 효율, 수명, 그리고, 안정성이 태양전지의 보급화에 중요한 이슈이며, 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 글은 유기태양전지의 기술적 원리, 현재 개발 동향 및 이슈, 그리고 발전 방향에 대하여 정리하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.388-388
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• 2011

본 연구에서는 CuO 나노 입자를 poly(3,4,-ethylene dioxythiophene):polystyrene sulfonic acid (PEDOT:PSS) 버퍼층에 첨가하여 정공의 이동도를 높임으로서 poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as the electron donor and (6.6) phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) 기반의 유기 태양전지를 제작하였다. 일반적으로 PEDOT:PSS 박막은 높은 광 투과율과 상대적으로 우수한 전기전도도를 지닌 p-type의 유기 반도체 물질로써 유기 태양전지의 홀 전도막으로 널리 사용되어지고 있다. 하지만 낮은 홀이동도로 인하여 전달된 정공이 전극까지 전달되는데에 한계점이 있어 본 연구에서 이를 극복하기 위한 방안으로 p-type의 무기 반도체 물질인 CuO 나노 입자를 PEDOT:PSS 박막내에 첨가하여 홀 이동도를 높이고자 하였다. CuO 나노 입자를 PEDOT:PSS 용액에 각각 5, 10, 15, 20mg/ml 의 농도로 첨가하여 유기 태양 전지의 버퍼층으로 사용을 하였다. 이렇게 제작되어진 각각의 PEDOT:PSS 박막과 CuO 나노 입자가 첨가된 PEDOT:PSS 박막의 전기적, 광학적 및 표면 분석을 통하여 CuO 나노 입자가 PEODT:PSS 박막에 미치는 영향을 조사하였고, 이를 통하여 P3HT:PCBM 기반의 유기 태양전지를 제작하여 전기적 특성 분석을 수행하였다.

• 공업화학전망
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• 제24권5호
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• pp.15-29
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• 2021

최근 유기태양전지 분야의 큰 진보는 비풀러렌 전자수용체 소재의 등장에 의해 달성되었다. 비풀러렌 기반 유기광활성층은 기존 풀러렌 기반 소자의 내재적 한계로 지적되던 높은 에너지 손실을 극복하고 동시에 소재의 흡광대역 확장을 통한 광전류밀도 증가로 유기태양전지 성능을 지속적으로 개선하고 있다. 더불어 비풀러렌 소재는 화학 구조의 개질 용이성으로 밴드갭 자유 제어가 가능하므로, 광활성층의 흡광 대역을 정밀하게 제어하면 반투명 태양전지, 실내 저조도 태양전지, 파장선택적 광검출기, 소재융합형 소자 등 다양한 광전자소자 응용이 가능하여 주목받고 있다. 본 기고문에서는 유기태양전지 광활성층에 활용되는 비풀러렌 소재의 최신 연구 동향과 전망을 다루고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.317.1-317.1
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• 2013

유기 태양전지는 다른 무기계 태양전지에 비해 물질 자체의 쉬운 가공성과 유연한 특성으로 차세대 플렉시블 태양전지로 각광받고 있지만 상대적으로 짧은 수명으로 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 현재까지 알려진 유기 태양전지의 짧은 수명의 원인으로는 수분과 산소에 의한 광활성층의 화학적 열화 및 표면의 변화, 전극의 열화, 전자-전공 수송층의 흡습현상 등이 있다 [1]. 본 연구에서는 이러한 이론적인 열화 메커니즘에 기초하여 일정한 수분과 산소 분위기에서 각 단위층들이 열화되는 현상을 광학적, 화학적 분석을 통해 짧은 수명의 원인을 밝혀내고자 한다. 유기 태양전지의 가혹시험은 $85^{\circ}C$의 온도와 85%의 습도 조건에서 이뤄졌으며, 가혹시간에 따른 열화현상 비교를 위해 0, 50, 100, 250, 500 h 동안 시험을 진행하였다. C-O, C=O 결합 형성에 의한 광활성층의 ${\pi}$공액의 변형은 FT-IR(fourier transform infrared spectroscopy)과 XRD (X-ray diffraction) 측정을 통해 분석하였고 변화된 표면 형상은 FE-SEM (field emission scanning electron microscopy) 측정을 통해 관찰하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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• pp.160-161
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• 2011

본 연구에서는 대면적 유기태양전지 셀의 제작이 유리하며 공정비용이 저렴한 스프레이 공법을 이용하여 역구조 형태의 유기태양전지의 모든 공정에 적용하여 제작 및 평가했다. 스프레이 코팅 공정은 전자 수송층 ZnO층을 코팅 후 P3HT와 PCBM를 블렌딩 하여 만든 광활성층을 코팅하였다. 그리고 마지막으로 정공 전달층인 PEDOT:PSS층을 코팅한 후 메탈전극을 증착하여 역구조의 유기 태양전지을 제작하였다. 스프레이 코팅 공정으로 만든 유기태양전지는 현재 가장 많이 사용하고 있는 스핀 코팅 공정과 비교 시 유사한 특성을 나타내었다. 스프레이 공정으로 만든 유기 태양전지는 $0.38cm^2$의 면적에서 3.20%의 광변환 효율을 얻었다.